Τι συμβαίνει στον κινητήρα σε περίπτωση απώλειας φάσης και μονοφασικής λειτουργίας

Στην απώλεια φάσης, κατανοούμε τον μονοφασικό τρόπο λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα ως αποτέλεσμα της αποσύνδεσης της τροφοδοσίας ενός από τους αγωγούς του τριφασικού συστήματος.

Οι λόγοι για την απώλεια μιας φάσης από έναν ηλεκτροκινητήρα μπορεί να είναι: σπάσιμο ενός από τα καλώδια, κάψιμο μιας από τις ασφάλειες. αποτυχία επαφής σε μία από τις φάσεις.

Ανάλογα με τις συνθήκες υπό τις οποίες σημειώθηκε η απώλεια φάσης, μπορεί να υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα και οι συνέπειες που συνοδεύουν αυτούς τους τρόπους λειτουργίας. Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθοι παράγοντες: το σχήμα σύνδεσης των περιελίξεων του ηλεκτροκινητήρα ("αστέρι" ή "τρίγωνο"), η κατάσταση λειτουργίας του κινητήρα τη στιγμή της απώλειας φάσης (μπορεί να συμβεί απώλεια φάσης πριν ή μετά την ενεργοποίηση του κινητήρα, κατά τη λειτουργία φορτίου), τον βαθμό φόρτισης του κινητήρα και τα μηχανικά χαρακτηριστικά της μηχανής εργασίας, τον αριθμό των ηλεκτροκινητήρων που λειτουργούν με απώλεια φάσης και την αμοιβαία επιρροή τους.

Εδώ θα πρέπει να δώσετε προσοχή στα χαρακτηριστικά της υπό εξέταση λειτουργίας. Σε λειτουργία τριών φάσεων, κάθε φάση της περιέλιξης ρέει με ένα ρεύμα που μετατοπίζεται χρονικά κατά το ένα τρίτο της περιόδου. Όταν μια φάση χάνεται, και οι δύο περιελίξεις ρέουν περίπου το ίδιο ρεύμα, δεν υπάρχει ρεύμα στην τρίτη φάση. Παρά το γεγονός ότι τα άκρα των περιελίξεων συνδέονται με δύο αγωγούς φάσης ενός τριφασικού συστήματος, τα ρεύματα στις δύο περιελίξεις συμπίπτουν χρονικά. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας ονομάζεται μονοφασικός.

Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα μονοφασικό ρεύμα, σε αντίθεση με το περιστρεφόμενο πεδίο που δημιουργείται από ένα τριφασικό σύστημα ρευμάτων, πάλλεται. Αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, αλλά δεν κινείται γύρω από την περιφέρεια του στάτορα. Το σχήμα 1α δείχνει το διάνυσμα μαγνητικής ροής που δημιουργήθηκε στον κινητήρα σε μονοφασική λειτουργία. Αυτό το διάνυσμα δεν περιστρέφεται, αλλάζει μόνο σε μέγεθος και πρόσημο. Το κυκλικό πεδίο είναι πεπλατυσμένο σε ευθεία γραμμή.

Εικόνα 1. Χαρακτηριστικά ενός κινητήρα επαγωγής σε μονοφασική λειτουργία: α — γραφική αναπαράσταση παλλόμενου μαγνητικού πεδίου. β — αποσύνθεση του παλλόμενου πεδίου σε δύο περιστρεφόμενα. γ-μηχανικά χαρακτηριστικά επαγωγικού κινητήρα σε τριφασικό (1) και μονοφασικό (2) τρόπο λειτουργίας.

Παλλόμενος μαγνητικό πεδίο μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από δύο πεδία ίσου μεγέθους που περιστρέφονται το ένα προς το άλλο (Εικ. 1, β). Κάθε πεδίο αλληλεπιδρά με την περιέλιξη του ρότορα και παράγει μια ροπή. Η συνδυασμένη δράση τους δημιουργεί ροπή στον άξονα του κινητήρα.

Στην περίπτωση που προκύψει απώλεια φάσης πριν συνδεθεί ο κινητήρας στο δίκτυο, δύο μαγνητικά πεδία ενεργούν σε έναν ακίνητο ρότορα, τα οποία σχηματίζουν δύο ροπές αντίθετου πρόσημου αλλά ίσου σε μέγεθος. Το άθροισμά τους θα είναι μηδέν.Επομένως, όταν εκκινείτε τον κινητήρα σε μονοφασική λειτουργία, δεν μπορεί να αντιστραφεί ακόμα κι αν δεν υπάρχει φορτίο στον άξονα.

Εάν σημειωθεί απώλεια φάσης ενώ ο ρότορας του κινητήρα περιστρέφεται, τότε δημιουργείται μια ροπή στον άξονά του. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί ως εξής. Ο περιστρεφόμενος ρότορας αλληλεπιδρά με διάφορους τρόπους με τα πεδία που περιστρέφονται το ένα προς το άλλο. Ένα από αυτά, η περιστροφή του οποίου συμπίπτει με την περιστροφή του ρότορα, σχηματίζει μια θετική (συμπίπτει στην κατεύθυνση) ροπή, η άλλη - αρνητική. Σε αντίθεση με την περίπτωση του ακίνητου ρότορα, αυτές οι ροπές θα είναι διαφορετικές σε μέγεθος. Η διαφορά τους θα είναι ίση με τη ροπή του άξονα του κινητήρα.

Το σχήμα 1, c δείχνει τα μηχανικά χαρακτηριστικά του κινητήρα σε μονοφασική και τριφασική λειτουργία. Σε μηδενική ταχύτητα, η ροπή είναι μηδέν. όταν περιστρέφεται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, εμφανίζεται μια ροπή στον άξονα του κινητήρα.

Εάν μια από τις φάσεις αποσυνδεθεί ενώ λειτουργεί ο κινητήρας, όταν η ταχύτητά του ήταν κοντά στην ονομαστική τιμή, η ροπή είναι συχνά επαρκής για να συνεχιστεί η λειτουργία με μια ελαφρά μείωση της ταχύτητας. Σε αντίθεση με την τριφασική συμμετρική λειτουργία, εμφανίζεται ένα χαρακτηριστικό βουητό. Για τα υπόλοιπα, δεν υπάρχουν εξωτερικές εκδηλώσεις της λειτουργίας έκτακτης ανάγκης. Ένα άτομο που δεν έχει εμπειρία με ασύγχρονους κινητήρες μπορεί να μην παρατηρήσει αλλαγή στη φύση της λειτουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα.

Η μετάβαση ενός ηλεκτροκινητήρα σε μονοφασική λειτουργία συνοδεύεται από ανακατανομή των ρευμάτων και των τάσεων μεταξύ των φάσεων. Εάν οι περιελίξεις του κινητήρα συνδέονται σύμφωνα με το σχήμα "αστέρι", μετά την απώλεια φάσης, σχηματίζεται ένα κύκλωμα, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Δύο περιελίξεις κινητήρα συνδεδεμένες σε σειρά συνδέονται με την τάση γραμμής Uab, τότε ο κινητήρας είναι σε μονή λειτουργία φάσης.

Ας κάνουμε έναν μικρό υπολογισμό, προσδιορίζουμε τα ρεύματα που διαρρέουν τις περιελίξεις του κινητήρα και τα συγκρίνουμε με τα ρεύματα με τριφασική παροχή.

Εικόνα 2. Σύνδεση αστέρα περιελίξεων κινητήρα μετά από απώλεια φάσης

Δεδομένου ότι οι αντιστάσεις Za και Zb συνδέονται σε σειρά, οι τάσεις των φάσεων Α και Β θα είναι ίσες με το ήμισυ της γραμμικής:

Η κατά προσέγγιση τιμή του ρεύματος μπορεί να προσδιοριστεί με βάση τις ακόλουθες εκτιμήσεις.

Ρεύμα εισόδου της φάσης Α σε απώλεια φάσης

Ρεύμα εκκίνησης της φάσης Α σε τριφασική λειτουργία

όπου Uao — τάση φάσης του δικτύου.

Αναλογία ρεύματος εισροής:

Από την αναλογία προκύπτει ότι σε περίπτωση απώλειας φάσης το ρεύμα εκκίνησης είναι 86% του ρεύματος εκκίνησης στην τριφασική παροχή. Εάν λάβουμε υπόψη ότι το ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα επαγωγής του κλωβού σκίουρου είναι 6-7 φορές υψηλότερο από το ονομαστικό, αποδεικνύεται ότι ένα ρεύμα ρέει μέσω των περιελίξεων του κινητήρα Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, δηλαδή, περισσότερο από πενταπλάσιο της ονομαστικής. Σε σύντομο χρονικό διάστημα, ένα τέτοιο ρεύμα θα υπερθερμάνει το πηνίο.

Από τον παραπάνω υπολογισμό, μπορεί να φανεί ότι ο εξεταζόμενος τρόπος λειτουργίας είναι πολύ επικίνδυνος για τον κινητήρα και εάν συμβεί, η προστασία πρέπει να απενεργοποιηθεί σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Απώλεια φάσης μπορεί επίσης να συμβεί μετά την ενεργοποίηση του κινητήρα, όταν ο ρότορας του θα έχει ταχύτητα περιστροφής που αντιστοιχεί στον τρόπο λειτουργίας. Εξετάστε τα ρεύματα και τις τάσεις των περιελίξεων στην περίπτωση μετάβασης σε μονοφασική λειτουργία με περιστρεφόμενο ρότορα.

Η τιμή του Za εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής. Κατά την εκκίνηση, όταν η ταχύτητα του ρότορα είναι μηδέν, είναι η ίδια τόσο για τον τριφασικό όσο και για τον μονοφασικό τρόπο λειτουργίας. Στον τρόπο λειτουργίας, ανάλογα με το φορτίο και τα μηχανικά χαρακτηριστικά του κινητήρα, η ταχύτητα περιστροφής μπορεί να είναι διαφορετική.Επομένως, απαιτείται διαφορετική προσέγγιση για την ανάλυση των φορτίων ρεύματος.

Θα υποθέσουμε ότι ο κινητήρας λειτουργεί τόσο σε τριφασική όσο και σε μονοφασική λειτουργία. ίδια δύναμη. Ανεξάρτητα από το σχήμα σύνδεσης του ηλεκτροκινητήρα, το μηχάνημα εργασίας απαιτεί την ίδια ισχύ που απαιτείται για την εκτέλεση της τεχνολογικής διαδικασίας.

Υποθέτοντας ότι η ισχύς του άξονα του κινητήρα είναι ίδια και για τους δύο τρόπους λειτουργίας, θα έχουμε:

σε τριφασική λειτουργία

σε μονοφασική λειτουργία

όπου Uа — τάση φάσης του δικτύου. Uаo — τάση της φάσης Α σε μονοφασική λειτουργία, συντελεστές ισχύος cos φ3 και cos φ1 για τριφασικούς και μονοφασικούς τρόπους λειτουργίας, αντίστοιχα.

Πειράματα με κινητήρα επαγωγής δείχνουν ότι στην πραγματικότητα το ρεύμα σχεδόν διπλασιάζεται. Με κάποιο περιθώριο είναι δυνατό να θεωρηθεί I1a / I2a = 2.

Για να εκτιμήσετε τον βαθμό επικινδυνότητας της μονοφασικής λειτουργίας, πρέπει επίσης να γνωρίζετε το φορτίο στον κινητήρα.

Ως πρώτη προσέγγιση, θα θεωρήσουμε το ρεύμα του ηλεκτροκινητήρα σε τριφασική λειτουργία ανάλογο με το φορτίο του στον άξονα. Αυτή η υπόθεση ισχύει για φορτία άνω του 50% της ονομαστικής τιμής. Στη συνέχεια, μπορείτε να γράψετε Azf = Ks NS Azn, όπου Ks — συντελεστής φορτίου του κινητήρα, Azn — ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα.

Μονοφασικό ρεύμα I1f = 2KsNS Azn, δηλαδή το ρεύμα σε μονοφασική λειτουργία θα εξαρτάται από το φορτίο του κινητήρα. Στο ονομαστικό φορτίο, είναι ίσο με το διπλάσιο του ονομαστικού ρεύματος. Σε φορτίο μικρότερο από 50%, η απώλεια φάσης κατά τη σύνδεση των περιελίξεων του κινητήρα σε ένα «αστέρι» δεν δημιουργεί υπερβολικό ρεύμα επικίνδυνο για τις περιελίξεις. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο συντελεστής φορτίου κινητήρα είναι μικρότερος από ένα. Με τις τιμές της τάξης των 0,6 - 0,75, θα πρέπει να αναμένεται μια ελαφρά υπέρβαση του ρεύματος (κατά 20 - 50%) σε σύγκριση με την ονομαστική.Αυτό είναι απαραίτητο για τη λειτουργία της προστασίας, καθώς ακριβώς σε αυτήν την περιοχή υπερφόρτωσης δεν ενεργεί αρκετά καθαρά.

Για να αναλυθούν ορισμένες μέθοδοι προστασίας, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την τάση των φάσεων του κινητήρα. Όταν ο ρότορας είναι κλειδωμένος, η τάση των φάσεων Α και Β θα είναι ίση με το μισό της τάσης δικτύου Uab και η τάση της φάσης Γ θα είναι μηδέν.

Διαφορετικά, η τάση κατανέμεται καθώς περιστρέφεται ο ρότορας. Το γεγονός είναι ότι η περιστροφή του συνοδεύεται από το σχηματισμό ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, το οποίο, ενεργώντας στις περιελίξεις του στάτη, προκαλεί ηλεκτροκινητική δύναμη σε αυτά. Το μέγεθος και η φάση αυτής της ηλεκτροκινητικής δύναμης είναι τέτοια ώστε με ταχύτητα περιστροφής κοντά στη σύγχρονη, ένα συμμετρικό σύστημα τριφασικής τάσης αποκαθίσταται στις περιελίξεις και η ουδέτερη τάση αστέρα (σημείο 0) μηδενίζεται. Έτσι, όταν η ταχύτητα του ρότορα αλλάζει από μηδέν σε σύγχρονη στον μονοφασικό τρόπο λειτουργίας, η τάση των φάσεων Α και Β αλλάζει από τιμή ίση με το ήμισυ της γραμμής σε τιμή ίση με την τάση φάσης του δικτύου. Για παράδειγμα, σε ένα σύστημα με τάση 380/220 V, η τάση των φάσεων Α και Β κυμαίνεται μεταξύ 190 — 220 V. Η τάση Uco αλλάζει από μηδέν με κλειδωμένο ρότορα σε τάση φάσης 220 V με σύγχρονη ταχύτητα. Όσον αφορά την τάση στο σημείο 0, αλλάζει από την τιμή Uab / 2 — σε μηδέν σε σύγχρονη ταχύτητα.

Εάν οι περιελίξεις του κινητήρα συνδέονται στο τρίγωνο, μετά από απώλεια φάσης θα έχουμε το διάγραμμα σύνδεσης που φαίνεται στο σχήμα 3. Σε αυτήν την περίπτωση, η περιέλιξη κινητήρα με αντίσταση Zab αποδεικνύεται ότι είναι συνδεδεμένη με την τάση γραμμής Uab και η περιέλιξη με αντιστάσεις Zfc και Zpr είναι.— συνδεδεμένο σε σειρά και συνδεδεμένο στην ίδια τάση γραμμής.

Εικόνα 3. Σύνδεση τριγώνων περιελίξεων κινητήρα μετά από απώλεια φάσης

Στη λειτουργία εκκίνησης, το ίδιο ρεύμα θα ρέει μέσω των περιελίξεων AB όπως στην τριφασική έκδοση και το μισό ρεύμα θα ρέει μέσω των περιελίξεων AC και BC, καθώς αυτές οι περιελίξεις συνδέονται σε σειρά.

Τα ρεύματα σε γραμμικούς αγωγούς I'a =I'b θα είναι ίσα με το άθροισμα των ρευμάτων σε παράλληλους κλάδους: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Έτσι, στην υπό εξέταση περίπτωση, με απώλεια φάσης, το ρεύμα εκκίνησης σε μία από τις φάσεις θα είναι ίσο με το ρεύμα εκκίνησης με τριφασική παροχή και το ρεύμα γραμμής αυξάνεται λιγότερο έντονα.

Για τον υπολογισμό των ρευμάτων σε περίπτωση απώλειας φάσης μετά την εκκίνηση του κινητήρα, χρησιμοποιείται η ίδια μέθοδος όπως για το κύκλωμα "αστέρι". Θα υποθέσουμε ότι ο κινητήρας αναπτύσσει την ίδια ισχύ τόσο σε τριφασική όσο και σε μονοφασική λειτουργία.

Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, το ρεύμα στην πιο φορτισμένη φάση με απώλεια φάσης διπλασιάζεται σε σύγκριση με το ρεύμα με τριφασική παροχή. Το ρεύμα στον αγωγό γραμμής θα είναι Ia 'A = 3Iab, και με τριφασική παροχή Ia = 1,73 Iab.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί εδώ ότι ενώ το ρεύμα φάσης αυξάνεται κατά 2, το ρεύμα γραμμής αυξάνεται μόνο κατά 1,73. Αυτό είναι απαραίτητο επειδή η προστασία υπερέντασης αντιδρά στα ρεύματα γραμμής. Οι υπολογισμοί και τα συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση του συντελεστή φορτίου στο μονοφασικό ρεύμα με σύνδεση «αστέρι» παραμένουν έγκυρα για την περίπτωση κυκλώματος «τρίγωνο».

Οι τάσεις φάσης AC και BC θα εξαρτηθούν από την ταχύτητα του ρότορα. Όταν ο ρότορας είναι κλειδωμένος Uac '= Ub° C' = Uab / 2

Με ταχύτητα περιστροφής ίση με τη σύγχρονη, αποκαθίσταται το συμμετρικό σύστημα τάσεων, δηλαδή ac '= Ub° C' = Uab.

Έτσι, οι τάσεις φάσης AC και BC, όταν η ταχύτητα περιστροφής αλλάξει από μηδέν σε σύγχρονη, θα αλλάξουν από τιμή ίση με το ήμισυ της τάσης γραμμής σε τιμή ίση με την τάση γραμμής.

Τα ρεύματα και οι τάσεις των φάσεων του κινητήρα σε μονοφασική λειτουργία εξαρτώνται επίσης από τον αριθμό των κινητήρων.

Συχνά συμβαίνει απώλεια φάσης όταν έχει καεί μία από τις ασφάλειες του υποσταθμού ή του δικτύου διανομής. Ως αποτέλεσμα, μια ομάδα χρηστών βρίσκεται σε λειτουργία μονοφασικής αλληλεπίδρασης μεταξύ τους. Η κατανομή των ρευμάτων και των τάσεων εξαρτάται από την ισχύ των μεμονωμένων κινητήρων και το φορτίο τους. Εδώ είναι δυνατές διαφορετικές επιλογές. Εάν η ισχύς των ηλεκτροκινητήρων είναι ίση και το φορτίο τους είναι το ίδιο (για παράδειγμα, μια ομάδα ανεμιστήρων εξάτμισης), τότε ολόκληρη η ομάδα κινητήρων μπορεί να αντικατασταθεί από μια ισοδύναμη.

Τρόποι έκτακτης ανάγκης ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων και μέθοδοι προστασίας τους